Draagbare Armband Geeft Kunstmatige Gevoelens van Aanraking

Onderzoekers van de Florida Atlantic University hebben een nieuwe en innovatieve studie uitgevoerd met haptische/tactiele feedback, electromyogram (EMG)-besturing en een draagbare zachte robotarmband die gebruikers van prothestische handen aanzienlijk kan helpen. De nieuwe bevindingen kunnen de manier veranderen waarop toekomstige kunstmatige handen door gebruikers worden bestuurd.

De onderzoekers van de universiteit’s College of Engineering and Computer Science werkten samen met de Charles E. Schmidt College of Science van FAU om te onderzoeken of mensen de greepkrachten die op twee verschillende objecten werden toegepast, nauwkeurig konden controleren met een kunstmatige hand.

Het team onderzocht ook hoe visuele feedback het complexe multitaskingmodel kon ondersteunen door visuele en haptische feedback systematisch te blokkeren. Ze onderzochten ook hoe een gelijktijdig objecttransportexperiment tijd kon besparen en stelden zich ten doel om een multichannel draagbare zachte robotarmband te ontwerpen die kunstmatige gevoelens van aanraking aan de gebruikers van robotarmen kon overbrengen.

De resultaten van het onderzoek werden gepubliceerd in het tijdschrift Scientific Reports.

Gebruikt Meerdere Kanalen van Haptische Feedback

Het onderzoek toonde aan dat meerdere kanalen van haptische feedback gebruikers in staat stelden om twee objecten gelijktijdig te grijpen en te transporteren met de behendige kunstmatige hand. Ze konden deze taken uitvoeren zonder de objecten te breken of te laten vallen, zelfs wanneer de gebruikers hun zicht hadden geblokkeerd.

De nieuwe benadering verbeterde ook de tijd die nodig was om beide objecten te transporteren en af te leveren, en gebruikers beoordeelden de haptische feedback kwalitatief als aanzienlijk belangrijker dan visuele feedback.

Erik Engeberg, Ph.D., is de corresponderende auteur, een professor en lid van FAU’s Center for Complex Systems and Brain Sciences, I-SENSE, en het FAU Stiles-Nicholson Brain Institute.

“Onze studie is de eerste die de haalbaarheid van deze complexe gelijktijdige controle taak aantoont bij het integreren van meerdere kanalen van haptische feedback op een niet-invasieve manier,” zei Engeberg. “Geen van onze studiedeelnemers had eerder significante ervaring met EMG-gecontroleerde kunstmatige handen, maar ze konden leren om deze multitaskingfunctionaliteit te benutten na twee korte trainingsessies.”

Ontwerp van een Aangepaste Gefabriceerde Robotarmband

Het onderzoeksteam bood haptische feedback door te werken aan de EMG-besturing en het ontwerp van de aangepaste gefabriceerde zachte robotarmband. Ze werkten samen met Emmanuelle Tognoli, Ph.D., die co-auteur is en een onderzoeksprofessor aan de afdeling Psychologie en het Center for Complex Systems and Brain Sciences van FAU.

Het team paste de armband aan met zachte actuatoren, die hielpen om een proportioneel gevoel van contactkrachten over te brengen. Ze voegden ook vibrotactiele stimulators toe om aan te geven of de gegrepen objecten waren gebroken.

Drie locaties op de armband waren ontworpen voor haptische feedback: de duim, wijsvinger en pink. Deze drie gebieden zijn voldoende om de kracht die op beide objecten wordt toegepast, over te brengen. De armband heeft ook drie luchtkamers die elk overeenkomen met een van de drie BioTacs, die zijn aangebracht op de vingertoppen van de hand. Bovendien heeft de armband drie vibrotactiele actuatoren die aangeven of de objecten zijn gebroken.

Moaed A. Abd is de eerste auteur en een Ph.D.-student aan de afdeling Ocean and Mechanical Engineering van FAU.

“Voorbeelden van multifunctionele controle die in onze studie werden gedemonstreerd, waren de proportionele controle van een kaart die tussen de wijsvinger en middelvinger werd geklemd, terwijl de duim en pink werden gebruikt om het deksel van een waterfles los te draaien. Een ander voorbeeld van gelijktijdige controle was met een bal die met drie vingers werd gegrepen, terwijl de pink werd gebruikt om een lichtschakelaar om te zetten,” zei Abd.

De nieuwe innovatieve studie kan worden gebruikt om mensen zonder bovenste ledematen in staat te stellen om carrièrepaden en andere recreatieve activiteiten na te streven.

Stella Batalama, Ph.D., is decaan van de FAU College of Engineering and Computer Science.

“Het mogelijk maken van verfijnde behendige controle is een zeer complex probleem om op te lossen en blijft een actief onderzoeksgebied, omdat het niet alleen de interpretatie van menselijke greepcontrole-intenties vereist, maar ook complementaire haptische feedback van tactiele sensaties,” zei Batalama. “Met deze innovatieve studie richten onze onderzoekers zich op het verlies van tactiele sensaties, dat momenteel een belangrijke belemmering is voor het voorkomen van mensen zonder bovenste ledematen om multitasking te doen of de volledige behendigheid van hun prothestische handen te gebruiken.”